航天飞机首飞41周年：复用渐成主流

本文来自微信公众号：科技导报 （ID：STReview），作者：赵文胜（中国航天飞航技术研究院研究员），原文标题：《后航天飞机时代：复用渐成空天主色 | 航天飞机诞生41周年》，头图来自：视觉中国

1981年4月12日，第一架航天飞机发射升空。

作为先进航天技术的代表作，垂直起飞、水平降落、部分重复使用的航天飞机（Space Shuttle）为人类自由进入太空提供了很好的工具，是航天史上一个重要里程碑，预期可大幅降低航天活动费用。 

1981年4月12日哥伦比亚号航天飞机发射升空

航天飞机的开创性意义

航天飞机兼具运载火箭和载人飞船功能，其壮观的发射场面、独特的返回方式、强大的在轨精密作业能力极具时代感和感染力。

5架航天飞机飞行135次，释放了大量卫星，发射和维修太空望远镜、空间探测器，把700多人次宇航员送入太空，开展大量科研活动，大大开拓了人类探索太空的边界。

特别是在国际空间站建设中发挥了不可替代作用：空间桁架结构是500吨体量空间站的合理设计，承载各舱室对接和大量巨大太阳能帆板的桁架顺利输送太空、最复杂的空间结构成功组装主要依靠航天飞机巨大的货舱和灵活的机械臂。

波音747载送航天飞机

在不断创造纪录的同时，导致14名宇航员罹难的两次空前空难也留下了人类探索太空历程的悲情时刻，美国载人航天更遭受了巨大挫折。

1986年1月28日挑战者号航天飞机发射73秒爆炸解体，7名宇航员全部罹难

2011年7月11日航天飞机完成谢幕之旅，美国30年的航天飞机时代宣告终结。

2003年2月1日哥伦比亚号航天飞机着陆前16分钟解体坠毁，7名宇航员全部罹难

航天飞机退役原因

航天飞机退役，有着复杂的背景和原因。

技术上，航天飞机无逃逸系统、至少两名宇航员的人货混载飞行返回模式是其重大技术缺陷，助推器、外贮箱与载人轨道器并联方案也埋下了安全隐患。

需求上，国际空间站基本建成后，载人航天任务更加开放，而仅能低轨运行的航天飞机在深空探测中难有更多用武之地。

但最重要的是经济问题，远高预期的昂贵运营费用不仅自身难以维持，也影响了其它航天计划的实施，阻碍航天事业可持续发展。

几乎被视为人类太空探索象征和图腾的航天飞机退役是无奈之举，世界失去了航天器太空维修和对太空资源开发至关重要的大型物体空间捕获、携返地球能力，航天强国竟然陷入丧失载人航天能力的尴尬窘境，令人唏嘘。

但退役也是明智之举。

航天飞机的先驱成就

航天飞机虽然退出历史舞台，但其先驱成就和冒险、探索精神不可磨灭，其技术、经验、教训一直反哺着航天事业发展：

航天飞机固体火箭助推器、主发动机等先进推进技术一直被继承，成为美国新一代重型运载火箭航天发射系统（SLS）的动力主体；

具备超长在轨能力的可重复使用无人空天飞行器X-37B就是航天飞机的缩小版；

在役和新研载人航天器均采用了火箭顶推布局；

防热瓦技术对航天防隔热及重复使用材料发展影响至深；

限制了在轨时间的自带电池能源方式、地面维护周转、入轨舒适度等成为新型航天器设计重点考虑的问题。

航天飞机重大弱点和隐患在使用中逐步暴露，为太空探索的风险管控积累了宝贵经验，之后的载人航天保持了良好的安全记录。

航天飞机过于先进、过于全面甚至超越时代的应用追求对超复杂系统开发仍然具有借鉴意义和反思价值。

猎鹰9火箭发射和一级回收（合成照片）

开创垂起平降和航天运载/航天器重复使用实用化之先河的航天飞机之后，航天载具没有继续把垂直起飞、水平降落作为重点开发路线，更未将重复使用航天运输系统实用化纳入主线，而是重回传统一次性火箭的稳妥之路，包括德尔塔- 4（Delta 4）、宇宙神-5（Atlas V）、SLS火箭，直至垂直起降、重复使用运载火箭在普遍的质疑和嘲讽中腾空出世。

猎鹰重型双助推火箭惊艳回收

航天向空天拓展的技术和产业趋势

重复使用航天运输系统包括火箭动力垂直起降、火箭动力垂起平降、组合动力水平起降三大技术路线。前两者已有部分重复使用实例，传统认为后两者更有前途。

后航天飞机时代，不被看好的火箭动力垂直起降技术实现了运载火箭近80%的复用，取得令人瞠目和信服的业绩，正在尝试航天运输载具与轨道航天器一体化、创新验证航天运载和航天器完全重复使用并拓展开发功能超强的深空探测系统。

航天飞机诞生以来影响深远，近年航天技术的颠覆性创新更冲击着传统观念、传统产品和传统技术路线，甚至在重新定义航天技术。

因此，应进一步研究航天向空天拓展的技术和产业趋势，正视颠覆性创新的冲击、启示，审视原有认知，优化空天发展的技术路线。

1. 重复使用是航天运输系统正在逐渐实现的必然趋势

空天飞机概念已近百年，航天正在向空天拓展，应坚定发展重复使用航天运输系统的决心，统筹垂直起降、垂起平降、水平起降三类技术路线布局，引导推动不同技术路线在不同时代剖面的产业化定位和实用化发展。

2. 经济是最具综合性的指标

可靠性是前提，低成本运营是核心，有效载荷比已降为次级指标。

航天飞机有效载荷比较低，设计者希望以重复使用弥补，也是从经济性考虑，但未能如愿。而垂直起降重复使用火箭实现了这个目标。

因此，应以经济性为第一约束，聚焦聚力尽快实现重复使用航天运输系统的应用，以适应太空互联网建设、空间科研、深空探测、商业发射等高频度、低成本进入空间的迫切需求，应对已有产品碾压式竞争和持续颠覆性创新的冲击。

规划中的主流发射系统，可重复使用应作为主要指标。

航天产业市场化竞争大幕已经拉开，不能再等再看。

3. 应提高对技术发展预期的科学研判能力

航天飞机技术、需求、甚至取代火箭等预期与实际应用落差非常大，是终结其传奇的主因。

航天飞机第一次失事后美国快速推出NASP计划，极大地发展了高超声速技术，但其X-30单级入轨飞行器核心技术竟然建立在试验数据外推上，严重误判发展预期，至今仍没有方案收敛闭合的迹象。

科学技术机理、原理到工程应用必然经历一个进化演化过程，应针对人类尚未实现应用的前沿技术适时开展实用化预期评估，关注评估中关键要素的系统性、全面性和方法的科学性，引导前沿技术持续健康发展。

航天技术是实践科学，应以必要的试验验证、开放和理性思维系统分析、科学研判应用前景。

4. 不宜以应用的具体技术评判不同技术路线的优劣

航天飞机把各领域顶级技术集成到一个产品中，但应用效果已有历史评价。

符合时代需求、适应时代发展的成功应用就是主流模式。不宜将商业模式与产业政策、体制内安排相对立。

航天商业化是新生事物，需要深化认识。市场是开放和公平的，市场创新力、市场竞争力是检验标准，商业模式的成功就是最佳技术路线。

因此，精准控制和发动机深度调节为特征的火箭动力垂直起降、更多利用空气动力学的火箭动力垂起平降、组合动力的水平起降并无技术含量高低之分，而原有认知中垂起平降机场着陆与已经实现的垂直起降定点着陆的优势、组合动力重复使用成本降低与传统一次性火箭升级为复用载具的优势应进一步分析、审视。

本文来自微信公众号：科技导报 （ID：STReview），作者：赵文胜（中国航天飞航技术研究院研究员）